Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN HỆ THỐNG

ĐỀ TÀI

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Người hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp

: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG
KS. NGUYỄN QUỐC TUYẾN
: NGUYỄN MINH HẢI
: 105130155
: 13D3

Đà Nẵng, tháng 5/2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN HỆ THỐNG

ĐỀ TÀI

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Người hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp

: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG
KS. NGUYỄN QUỐC TUYẾN
: NGUYỄN MINH HẢI
: 105130155
: 13D3

Đà Nẵng, tháng 5/2018


MỤC LỤC
TÓM TẮT..................................................................................................................... IV
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. V
CAM ĐOAN................................................................................................................. VI
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ........................................................................ VII
CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................................... X
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .......................................................................2
1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................2
1.2 Phạm vi đề tài .........................................................................................................2
1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài ............................................................................3
1.4 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................3
1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết: ..........................................................................................3
1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm: ....................................................................................3
1.5 Mục đích đề tài .......................................................................................................3
1.6 Khái quát về hệ thống nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời.......................4
1.7 Hướng triển khai đề tài...........................................................................................4
CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG ......................................5
2.1 Tổng quan về năng lượng bức xạ mặt trời .............................................................5
2.2. Phân bố bức xạ mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam ...........................................7
2.2.1. Phân bố bức xạ mặt trời trên thế giới .................................................................7
2.2.2. Phân bố bức xạ mặt trời tại Việt Nam................................................................8
2.3 Các phương thức khai thác nguồn năng lượng mặt trời .........................................8
2.3.1 Khai thác trực tiếp năng lượng mặt trời ở dạng nhiệt năng ...............................9
2.3.2 Khai thác năng lượng mặt trời chuyển hóa thành điện năng ............................10
2.4 Trình hình khai thác NLMT trong lĩnh vực điện năng ........................................11
2.4.1 Tiềm năng khai thác ..........................................................................................11
2.4.2 Tình hình khai thác NLMT thành điện năng.....................................................11
2.4.2.1 Trên thế giới ...................................................................................................12
2.4.2.2 Tại Việt Nam ..................................................................................................14
CHƯƠNG 3: PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI ....15
3.1 Pin mặt trời ...........................................................................................................15
3.1.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thông số pin mặt trời ....................................15
3.1.2.1 Cấu tạo pin mặt trời........................................................................................15
I

3.1.2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời ..............................................................16
3.1.2.3 Đặc tính làm việc của pin mặt trời .................................................................18
3.1.2.4 Thông số làm việc pin năng lượng mặt trời ...................................................19
3.2 Hệ thống điều hướng pin mặt trời ........................................................................23
3.2.1 Nguyên tắc điều hướng. ....................................................................................23
3.2.2 Các hệ thống điều hướng pin mặt trời...............................................................23
3.2.2.1 Hệ thống điều hướng theo một trục ...............................................................24
3.2.2.2 Hệ thống điều hướng theo hai trục .................................................................25
3.2.3 Lựa chọn phương án kiểu xoay mô hình...........................................................26
CHƯƠNG 4: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH ĐIỀU HƯỚNG
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .................................................................................29
4.1 Tổng quan về các thành phần trong hệ thống mô hình. .......................................29
4.2 Hệ thống cơ khí trục đỡ, trục xoay.......................................................................30
4.2.1 Thiết kế ban đầu. ...............................................................................................30
4.2.2 Tiến hành thi công .............................................................................................31
4.3 Tấm pin năng lượng mặt trời ..............................................................................33
4.4 Nguồn điện Acquy ...............................................................................................34
4.5 Động cơ servo ......................................................................................................35
4.5.1 Tổng quan về động cơ servo. ............................................................................35
4.5.2 Ứng dụng động cơ servo vào hệ thống điều hướng pin mặt trời hai trục xoay.37
4.5.3 Chọn động cơ servo cho hệ thống .....................................................................38
4.6 Quang trở.............................................................................................................39
4.7 Vi xử lý Aduino. ..................................................................................................40
4.7.1 Sử dụng vi xử lý Arduino trong hệ thống điều hướng hai trục xoay: ...............40
4.8 Mạch giảm áp. ......................................................................................................42
4.9 Nút nhấn. ..............................................................................................................42
4.10 Màn hình LCD. ..................................................................................................43
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ LẬP TRÌNH VI XỬ LÝ .................45
5.1 Thiết kế mạch điện tử ...........................................................................................45
5.1.1 Mạch điều khiển. ...............................................................................................45

5.1.2 Mạch cảm biến hướng ánh sáng........................................................................48
5.1.3 Mạch nạp cho Acquy. .......................................................................................49
5.2 Lập trình vi xử lý..................................................................................................50
5.2.1 Xây dựng thuật toán cân bằng giá trị điện trở trên bộ cảm biến .......................50
5.2.1.1 Điều khiển động cơ Servo 1 (trục ngang) ......................................................50
5.2.1.2 Điều khiển động cơ Servo 2 (trục dọc) ..........................................................51
II


5.2.2 Lưu đồ thuật toán chương trình.........................................................................52
5.3 Lập chương trình cho vi xử lý Arduino Nano CH340. ........................................54
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
.......................................................................................................................................61
6.1 Thực nghiệm mô hình. .........................................................................................61
6.1.1 Thực nghiệm với điều kiện ban ngày. ...............................................................61
6.1.2 Thực nghiệm với điều kiện ban đêm. ................................................................65
6.2.1 Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành bảo dưỡng mô hình. .............................66
6.2.2 Ưu, nhược điểm của mô hình. ...........................................................................66
6.3 Đề xuất hướng phát triển. .....................................................................................67
KẾT LUẬN ...................................................................................................................69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................70

III


TÓM TẮT
Đề tài trình bày quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm mô hình
điều hướng pin năng lượng mặt trời có công suất là 25W.
Mô hình điều hướng pin năng lượng mặt trời gồm hai thành phần chính. Thành
phần đầu tiên là cơ cấu cơ khí, bao gồm khung đỡ, trục quay, bánh răng truyền động và

động cơ Servo. Thành phần còn lại là các mạnh điện tử bao gồm bộ cảm biến, mạch điều
khiển bộ vi xử lý và acquy. Mô hình hoạt động thông qua mạch điều khiển có bộ vi xử
lý Arduino được cài sẵn chương trình trước, mạch điều khiển nhận tín hiệu từ bộ cảm
biến hướng ánh sáng, tín hiệu đầu ra từ Arduino của mạch điều khiển dùng để quay hai
động cơ servo theo các góc để sang trái qua phải, lên phía trên hay xuống phía dưới, để
cuối cùng sao cho mặt phẳng tấm pin vuông góc với hướng chiếu của ánh sáng mặt trời.
Dựa vào thực nghiệm mô hình cho thấy, mô hình hoạt động tốt bằng cả hai chế
độ là điều khiển bằng tay và điều khiển tự động. Đồng thời kết quả thực nghiệm cũng
chỉ ra hiệu suất của tấm pin khi được điều hướng cũng được nâng cao so với hiệu suất
của tấm pin khi được đặt cố định. Điều đó sẽ mở ra những hướng nghiên cứu mới để có
thể phát triển nhiều hơn nguồn điện năng lượng mặt trời vào đời sống con người và công
cuộc phát triển đất nước.

IV


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG, giáo
viên hướng dẫn đề tài của em, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và đã hướng dẫn,
góp ý và giúp đỡ rất nhiều trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Đồng thời em cũng
xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS. NGUYỄN QUỐC TUYẾN, hiện đang công tác
tại Điện lực Thuận Nam, Điện lực Ninh Thuận đã giúp đỡ em trong quá làm đồ án tốt
nghiệp khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Điện, trường đại
học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện tối đa để em được học tập, nghiên cứu khoa
học tại đây.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình em, những người đã cho em cuộc sống,
vật chất để theo đuổi con đường tìm hiểu tri thức. Luôn luôn động viên, khuyên bảo và
là hậu phương vững chắc để em có thể yên tâm học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã nhiệt tình
giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp khóa học.

V


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp của em và các bạn
cùng nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG, giảng
viên khoa Điện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng và KS. NGUYỄN QUỐC
TUYẾN, là Giám đốc Điện lực Thuận Nam, Điện lực Ninh Thuận. Các nội dung nghiên
cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào
trước đây. Những số liệu trong các bảng, hình ảnh phục vụ cho việc phân tích, nhận xét,
đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần danh
mục tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án tốt nghiệp còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như
số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung đồ án tốt nghiệp của mình. Người hướng dẫn, khoa Điện và trường đại
học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản
quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 5 năm 2018

Tác giả

(ký tên và ghi rõ họ tên)

VI

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG:
BẢNG 2.1: GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ BỨC XẠ NGÀY
TRONG NĂM VÀ SỐ GIỜ NẮNG CỦA MỘT SỐ KHU VỰC KHÁC NHAU Ở
VIỆT NAM ...............................................................................................................8
BẢNG 3.1: ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT
TRỜI .......................................................................................................................28
BẢNG 5.1: CÁC THÀNH PHẦN TRONG CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH
ARDUINO ..............................................................................................................55
BẢNG 6.1: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỦA MÔ
HÌNH KHI TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG HAI TRỤC VÀ KHI ĐẶT CỐ ĐỊNH. ..63
BẢNG 6.2: CÁC ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH. ............................................67

HÌNH VẼ:
HÌNH 2-1: DẢI BỨC XẠ ĐIỆN TỪ ..............................................................................5
HÌNH 2-2: QUANG PHỔ MẶT TRỜI NGOÀI KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT ..................6
HÌNH 2-3: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI QUA LỚP KHÍ
QUYỂN TRÁI ĐẤT .................................................................................................7
HÌNH 2-4: PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ TRÊN THẾ GIỚI .................................7
HÌNH 2-5: BẾP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ...............................................................9
HÌNH 2-6: HỆ THỐNG MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ...............9
HÌNH 2-7: TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG LẮP DÀN PIN MẶT TRỜI TẠI KHU A .10
HÌNH 2-8: NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .......10
HÌNH 2-9: BIỂU ĐỒ TỔNG CÔNG SUẤT LẮP ĐẶT NHÀ MÁY ĐIỆN PV TOÀN
THẾ GIỚI VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT RIÊNG NĂM 2015 .............................11
HÌNH 2-10: BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LẮP ĐẶT NHÀ MÁY ĐIỆN PV
TOÀN CẦU TỪ NĂM 2005 ĐẾN 2015................................................................12

HÌNH 2-11: BIỂU ĐỒ TỔNG GIÁ TRỊ ĐẦU TƯ TOÀN CẦU CHO NĂNG LƯỢNG
TÁI TẠO TOÀN CẦU, TRONG ĐÓ CÓ ĐIỆN MẶT TRỜI TÍNH ĐẾN NĂM
2017 ........................................................................................................................13
HÌNH 2-12: LCOE CHO GIÁ THÀNH ĐIỆN PV THẾ GIỚI NĂM 2016 .................13
HÌNH 3-1: TẾ BÀO PIN MẶT TRỜI ...........................................................................15
VII


HÌNH 3-2: CẤU TẠO VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH MODULE PIN MẶT TRỜI
................................................................................................................................16
HÌNH 3-4 HỆ HAI MỨC NĂNG LƯỢNG ..................................................................17
HÌNH 3-5: CÁC VÙNG NĂNG LƯỢNG ....................................................................17
HÌNH 3-6: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI ...............................18
HÌNH 3-7 : ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC U-I CỦA PIN MẶT TRỜI .................18
HÌNH 3-8: SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH PIN MẶT TRỜI VÀO
NHIỆT ĐỘ PIN ......................................................................................................19
HÌNH 3-9: ĐẶC TÍNH PHỤ THUỘC V-A CỦA PIN MẶT TRỜI VÀO CƯỜNG ĐỘ
BỨC XẠ .................................................................................................................19
HÌNH 3-10: ĐẶC TÍNH P-V CỦA PIN MẶT TRỜI ...................................................20
HÌNH 3-11: SƠ ĐỒ BLOCKING DIODE VÀ BYPASS DIODE TRONG PIN MẶT
TRỜI .......................................................................................................................21
HÌNH 3-12: CÁC THÔNG SỐ CỦA MỘT SỐ TẤM PIN MẶT TRỜI ......................23
HÌNH 3-13: MÔ TẢ GÓC TỚI TIA ÁNH SÁNG MẶT TRỜI ĐỐI VỚI ĐỐI VỚI
MẶT PHẲNG TẤM PIN .......................................................................................23
HÌNH 3-14: CÁC HỆ THỐNG VỚI CÁC KIỂU XOAY TẤM PIN KHÁC NHAU ..24
HÌNH 3-15: MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI TỰ XOAY THEO MỘT TRỤC .................24
HINH 3-16: MỘT MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI XOAY THEO HAI TRỤC ...............25
HÌNH 3-17: BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG THU ĐƯỢC CỦA HỆ THỐNG XOAY MỘT
TRỤC VÀ HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH ........................................................................26
HÌNH 3-18: BIỂU ĐỒ SO SÁNH CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG HAI TRỤC

XOAY VÀ CỐ ĐỊNH ............................................................................................27
HÌNH 4-1: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG TỰ ĐỘNG........29
HÌNH 4-2: MÔ HÌNH KẾT CẤU ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN PHẦN MỀM
SOLIDWORKS ......................................................................................................30
HÌNH 4-3: BẢN VẼ HÌNH CHIẾU ĐỨNG MÔ HÌNH ..............................................31
HÌNH 4-4: PHẦN CHÂN ĐẾ VÀ TRỤ ĐỠ ................................................................32
HÌNH 4-5: PHẦN TRỤC QUAY..................................................................................32
HÌNH 4-6:GIÁ ĐỠ CHỮ Y VÀ TRỤC ĐỠ PIN MẶT TRỜI .....................................33
HÌNH 4-7: PHẦN CƠ KHÍ SAU KHI HOÀN THÀNH ..............................................33
HÌNH 4-8: MẶT TRƯỚC VÀ SAU CỦA TẤM PIN ..................................................34
HÌNH 4-9: ACQUY CỦA MÔ HÌNH...........................................................................35
HÌNH 4-10: MỘT SỐ ĐỘNG CƠ SERVO THƯỜNG GẶP .......................................35
HÌNH 4-11: CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ SERVO THƯỜNG GẶP ..........................36
HÌNH 4-12: CƠ CẤU GHÉP NỐI ĐỘNG CƠ SERVO ...............................................37
VIII


HÌNH 4-13: ĐỘNG CƠ SERVO TRONG MÔ HÌNH .................................................39
HÌNH 4-14: QUANG TRỞ, KÍ HIỆU VÀ ĐẶC TÍNH CỦA QUANG TRỞ..............39
HÌNH 4-15: MỘT SỐ PHIÊN BẢN ADUINO ĐIỂN HÌNH .......................................40
HÌNH 4-16: DATASHEET CỦA ARDUINO NANO CH340 .....................................41
HÌNH 4-17: MẠCH GIẢM ÁP DC-DC LM2596 3A CỦA MÔ HÌNH ......................42
HÌNH 4-18: NÚT NHẤN VÀ BẢNG NÚT NHẤN CỦA MÔ HÌNH THỰC .............43
HÌNH 4-19: MÀN HÌNH LCD 16X2A CỦA MÔ HÌNH.............................................44
HÌNH 5-1: GIAO DIỆN CỦA PHẦN MỀM PROTEUS .............................................45
HÌNH 5-2: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG .....................................46
HÌNH 5-3: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CÁC NÚT NHẤN ĐẾN ARDUINO VÀ
BỐ TRÍ TRÊN MẠCH ĐIỀU KHIỂN ...................................................................47
HÌNH 5-4: SƠ ĐỒ BOARD MẠCH IN LAYOUT ......................................................47
HÌNH 5-5: BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN HOÀN CHỈNH .......................................48

HÌNH 5-6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH CẢM BIẾN HƯỚNG ÁNH SÁNG ..........48
HÌNH 5-7: MÔ PHỎNG BỐ TRÍ QUANG TRỞ VÀ MẠCH CẢM BIẾN HƯỚNG
SÁNG THỰC TẾ ...................................................................................................49
HÌNH 5-8: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH NẠP ACQUY TỰ NGẮT ........................49
HÌNH 5-9: MẠCH NẠP CỦA MÔ HÌNH ....................................................................50
HÌNH 5-10: TRƯỜNG HỢP ÁNH SÁNG CHIẾU ĐẾN BỘ CẢM BIẾN TỪ HƯỚNG
BẮC ........................................................................................................................50
HÌNH 5-11: TRƯỜNG HỢP ÁNH SÁNG CHIẾU ĐẾN BỘ CẢM BIẾN TỪ HƯỚNG
TÂY ........................................................................................................................51
HÌNH 5-12: CÁC THÀNH PHẦN CỦA LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ...........................52
HÌNH 5-13: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH .........................................53
HÌNH 5-14: GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH .........................................55
HÌNH 6-1: SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM CÔNG SUẤT PIN CỦA MÔ HÌNH .....................61
HÌNH 6-2: TÍNH TOÁN GÓC NGHIÊNG Β...............................................................62
HÌNH 6-3: ĐỒ THỊ SO SÁNH CÔNG SUẤT THU ĐƯỢC KHI CÓ ĐIỀU HƯỚNG
HAI TRỤC VÀ KHI CỐ ĐỊNH .............................................................................64
HÌNH 6-4: MỘT HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CỦA HÃNG SMART FLOWER
SOLAR ...................................................................................................................68

IX


CÁC TỪ VIẾT TẮT

NLMT: Năng lượng mặt trời.
ĐHBKĐN: Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
NLTT: Năng lượng tái tạo.
NL: Năng lượng
PV: Photovoltaics.
REN21: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century.

LCOE: Levelized Cost of Energy
TNHH: Trách nhiệm hữu hạn.
EVN: Tập đoàn điện lực Việt Nam.
MPPT: Maximum power point tracking.
MPP: Maximum power point.
CdS: The cadmium sulfide.
LDR: light dependent resistor.
AVR: auto voltage regulator.
IDE: Integrated Development Environment.

X


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

MỞ ĐẦU

Con người đã dần đưa các nguồn năng lượng sạch vào việc sản xuất điện năng trên
quy mô lớn để có thể góp phần cung cấp cho nhu cầu và ít tác động xấu đến môi trường
nhất. Năng lượng Mặt trời là một ví dụ điển hình, nhưng vẫn còn những hạn chế nhất định
về giá cả, quy mô đầu tư và cả công suất điện năng. Do đó chúng em quyết định tìm một
phương án để nâng cao công suất bằng cách nghiên cứu mô hình điều hướng pin Mặt trời
theo ánh sáng Mặt trời. Đề tài sẽ thiết kế, thi công tạo mô hình, thực nghiệm, đánh giá tính
khả thi của mô hình điều hướng pin Mặt trời. Mục đích của đề tài là có thể ứng dụng rộng
rãi để phục vụ cuộc sống tốt hơn.
Nhưng với những hạn chế về kiến thức cũng như điều kiện của em và nhóm nghiên
cứu chưa thể hướng đến mục đích đó, nên mục tiêu trước mắt của đề tài là mô hình sẽ hoạt
động tốt ở những thời điểm khác nhau, và kết quả thực nghiệm mô hình sẽ có giúp ích cho
những nghiên cứu sau này.
Đề tài tập trung vào nghiên cứu mô hình thực tiễn thông qua việc tìm hiểu các thông

tin, kiến thức liên quan để từ có tiến hành thực hành chế tạo mô hình thông qua cấu trúc
của đề tài như sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG
CHƯƠNG 3: PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI
CHƯƠNG 4: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH ĐIỀU
HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH VI XỬ LÝ VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ.
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT
TRIỂN
Trong quá trình làm đề tài, đồ án tốt nghiệp thì còn có những thiếu sót nhất định,
kính mong thầy, cô góp ý để em hoàn thiện hơn, và có những hướng phát triển mới cho đề
tài nếu có cơ hội

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

1


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề
Nguồn năng lượng thiên nhiên đã tồn tại hàng ngàn năm như: than đá, dầu
mỏ…, mà con người đã biết tận dụng cho đời sống từ nhiều thế kỉ trước cho đến ngày nay
đã thải ra khí quyển một lượng chất thải nguy hiểm, những chất này làm cho Trái đất ngày

càng ấm lên, là nguyên nhân chủ yếu gây ra những biến đổi về khí hậu theo chiều hướng
xấu. Để giảm thiểu tình trạng này, những nhà khoa học ở những quốc gia phát triển đã tích
cực tìm ra những nguồn năng lượng sạch mới để thay thế cho như: năng lượng gió, năng
lượng mặt trời, năng lượng sóng biển…, trong đó nguồn năng lượng lấy từ Mặt Trời được
quan tâm nhiều hơn cả do những ưu việt về tính ổn định, khả năng khai thác dễ dàng, tiềm
năng lớn.
Cho đến nay nhiều hệ thống thu và biến đổi năng lượng mặt trời đã được thiết kế,
chế tạo và lắp đặt khắp nơi trên thế giới. Cách thức thông dụng nhất hiện nay là sử dụng
các dàn pin mặt trời để chuyển hóa trực tiếp quang năng thành điện năng, một dạng năng
lượng có thể lưu trữ, truyền tải và sử dụng phổ biến bậc nhất trong đời sống con người.
Một trong những rào cản trong vấn đề khai thác nguồn năng lượng mặt trời là giá
thành các tấm pin mặt trời thường khá đắt, do vậy, phải tìm cách nâng cao hiệu suất của
chúng. Vào những ngày có nắng, Mặt Trời di chuyển một góc khoảng 1800 so với một
điểm cố định trên mặt đất. Rõ ràng, một tấm pin mặt trời đặt cố định sẽ không tận dụng
hết được nguồn năng lượng từ bức xạ mặt trời, điều này gọi là hao phí pin mặt trời. Hệ
thống nâng cao hiệu suất pin mặt trời là một hệ thống tự điều hướng tấm pin sao cho tia
bức xạ chiếu vuông góc lên bề mặt tấm pin trong suốt thời gian chiếu sáng ban ngày, làm
tăng đáng kể hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời.
Nguyên lý cơ bản: tấm pin mặt trời sẽ đạt hiệu suất cao nhất khi ánh sáng mặt trời
chiếu vuông góc với mặt phẳng của tấm pin.
Hướng phát triển: cho tấm pin tự xoay theo hướng di chuyển của Mặt Trời theo 2 trục,
đảm bảo nguồn bức xạ mặt trời luôn chiếu vuông góc vào mặt phẳng tấm pin.
1.2 Phạm vi đề tài
Thiết kế và thi công một hệ thống pin năng lượng mặt trời với yêu cầu tận dụng tối
ưu nguồn năng lượng này, đạt hiệu suất cao, hoạt động ổn định và tìm được điểm có công
suất cực đại trong điều kiện nhất định.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

2


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Phạm vi đề tài tập trung nghiên cứu, giải quyết các vấn đề sau:
- Ứng dụng thuật toán cùng với lý thuyết về sự chuyển động theo ánh sáng của tấm
pin để đạt điện áp ngõ ra tấm pin lớn nhất, điều khiển dàn xoay của hệ thống pin năng
lượng mặt trời.
-Mô hình hóa hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời.
-So sánh với hệ thống pin năng lượng mặt trời không có hệ thống điều hướng.
1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài
1) Hệ thống dàn pin mặt trời được điều hướng theo ánh sáng mặt trời.
2) Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động cơ khí cho mô hình nâng cao hiệu suất pin năng
lượng mặt trời.
3) Mô hình thực tế.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết:
Tập trung nghiên cứu lý thuyết về các vấn đề sau :
- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin mặt trời.
- Góc quay và giờ mặt trời.
- Mạch điện tử, vi điều khiển và cấu trúc lập trình.
- Động cơ, điều khiển động cơ và cơ cấu truyền động cơ khí.
1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm:
- Khảo sát quy luật chuyển động của mặt trời tại vị trí đặt tấm pin mô hình
- Thiết kế và thực hiện thí nghiệm so sánh hiệu quả dàn pin tự xoay so với dàn cố
định.
- Cải tiến mô hình thực nghiệm cho hệ thống nâng cao hiệu suất pin năng lượng
mặt trời để nâng cao hiệu suất pin mặt trời.
1.5 Mục đích đề tài

1) Phát triển hướng chế tạo cho hệ khung dàn và hệ dẫn động cơ khí trong thực tế.
2) Thử nghiệm, chế tạo và mô hình nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời với
tấm pin năng lượng mặt trời.
3) Đánh giá kết quả thực nghiệm hiệu quả về hệ thống nâng cao hiệu suất pin năng
lượng mặt trời.
4) Kết luận, đưa ra hướng phát triển cho những nghiên cứu về nâng cao hiệu suất
pin năng lượng mặt trời.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

3


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

1.6 Khái quát về hệ thống nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời
Hệ thống nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời pin năng lượng mặt trời thực
chất là một hệ thống tự động điều hướng trục xoay của dàn pin sao cho nguồn ánh sáng
chiếu vuông góc lên bề mặt tấm pin trong suốt thời gian chiếu sáng ban ngày, làm tăng
đáng kể hiệu suất của dàn pin. Có nhiều cách bố trí và điều khiển khác nhau, phép xoay
dàn năng lượng đều được phân tách thành hai chuyển động xoay độc lập: xoay theo góc
phương vị và xoay theo góc vĩ độ. Xét theo phương diện truyền dẫn cơ khí, hoàn toàn có
thể chế tạo hệ thống xoay tấm pin năng lượng mặt trời quanh hai trục vuông góc.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hệ thống pin năng lượng mặt trời với kết cấu dàn
xoay 2 trục mang lại hiệu suất cao với hệ thống pin năng lượng mặt trời cố định. Các dàn
xoay quanh 1 trục theo hướng Bắc – Nam hoặc Đông - Tây mặc dù có hiệu suất thấp hơn
so với dàn quay 2 trục, nhưng lại có kết cấu đơn giản hơn. Mặc khác là ở dàn 1 trục xoay
hay dàn 2 trục xoay đều cần phải tiêu tốn một lượng năng lượng để phục vụ cho các cơ
cấu điều khiển, truyền động cho dàn hoạt động. Từ điều này, có thể xem xét đầu tư cho

bài toán thiết kế, chế tạo các hệ thống dẫn động cơ khí và điều khiển dàn tự xoay.
1.7 Hướng triển khai đề tài
Mặc dù đã có nhiều hệ thống dàn năng lượng mặt trời tự xoay, nhưng các bước tính
toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho các hệ thống này chưa được đưa ra cụ thể. Kết cấu, kích
thước của các dàn tự xoay hầu như được chế tạo theo kinh nghiệm.
Để có thể triển khai đề tài, tập trung làm rõ các vấn đề sau :
1) Tính toán, lựa chọn loại động cơ , công suất cần thiết để xoay dàn pin
năng lượng Mặt trời cũng như sự ảnh hưởng của tốc độ quay động cơ.
2) Thiết kế, lựa chọn các thành phần cơ khí trục đỡ và phương pháp xoay
dàn pin.
3) Giải quyết bài toán tự động điều hướng, góc quay động cơ.
4) Liên kết các thành phần trong hệ thống sao cho đạt được hiệu quả cao
nhất.
5) Đánh giá về hiệu quả vận hành giữa mô hình không sử dụng hệ thống tự
điều hướng và mô hình có hệ thống tự điều hướng.
Đề tài này được thực hiện nhằm giải quyết những vấn đề nêu trên đồng thời ứng
dụng thi công mô hình có hệ thống tự điều hướng với tấm pin năng lượng mặt trời. Kết
quả thực nghiệm mô hình này có thể được dùng làm cơ sở cho các hướng phát triển về hệ
thống pin năng lượng mặt trời tiếp theo.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

4


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

CHƯƠNG 2
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG

2.1 Tổng quan về năng lượng bức xạ mặt trời
Trong toàn bộ bức xạ của Mặt Trời, bức xạ liên quan đến các phản ứng hạt nhân
xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Bức xạ γ ban đầu đi qua 5.105 km chiều dày của
lớp vật chất mặt trời bị biến đổi rất mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản
chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng. Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó,
từ tâm mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây
giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài. Khi gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ
đủ thấp để có thể tồn tại vật hất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy
ra[1].
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài Mặt Trời là một
phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong khoảng 10-1 – 10µm và hầu như
một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm, đó là
vùng nhìn thấy của phổ (hình 2.2).

Hình 2-1: Dải bức xạ điện từ [2]

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

5


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Hình 2-2: Quang phổ mặt trời ngoài khí quyển trái đất[8].
Chùm tia truyền thẳng từ Mặt Trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các tia trực xạ
và tán xạ gọi là tổng xạ. Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với
1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức[1]:

q = φD_T.C0(T/100)4

(2.1)

Với: φD_T: hệ số goác giữa Trái Đất và Mặt Trời, φD_T = β4/4
β: góc nhìn Mặt Trời và β≈ 32’.
C0 = 5,67W/m2.K4 : hệ số bức xạ vật đen tuyệt đối
T≈ 5762 0K : nhiệt độ bề mặt mặt trời (xem giống như vật đen tuyệt đối)
Vậy

𝑞=

(

2.3,14.32 2
)
360.60

4

. 5,67. (

5762 4
)
100

≈ 1353 𝑊/𝑚2

(2.2)

Vì khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời thay đổi theo mùa trong năm nên β cũng thay
đổi, do đó q cũng thay đổi nhưng thay đổi này không lớn lắm nên có thể xem q không đổi
và được gọi là hằng số mặt trời.[1]
Như vậy ở bên ngoài lớp khí quyển trái đất, năng lượng bức xạ mặt trời là hằng số
và có giá trị 1353 W/m2. Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái Đất, các chùm
tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tần ôzôn, hơi nước và các hợp chất khác trong khí quyển,
chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới bề mặt trái đất. Phần năng lượng bức xạ
mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quan đãng (không có mây) ở thời điểm
cao nhất vào khoảng 1000 W/m2 (hình 2-4).

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

6


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Hình 2-3: Sự truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển Trái đất[1]
2.2. Phân bố bức xạ mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam
2.2.1. Phân bố bức xạ mặt trời trên thế giới
Năng lượng mặt trời thay đổi bởi vì sự chuyển động tương đối của mặt trời. Sự thay
đổi này còn phụ thuộc vào giờ trong ngày và các mùa trong năm. Nhìn chung bức xạ mặt
trời có nhiều vào buổi trưa hơn là lúc sáng sớm và chiều tối. Vào giữa trưa, Mặt Trời ở vị
trí cao nhất trên bầu trời và đường đi của tia nắng mặt trời xuyên qua bầu khí quyển của
Trái Đất được rút ngắn. Do đó, bức xạ mặt trời ít bị tán xạ hay hấp thụ và bức xạ đến bề
mặt trái đất sẽ càng nhiều.

Hình 2-4: Phân bố cường độ bức xạ trên thế giới [11]

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

7


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

2.2.2. Phân bố bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Trải dài từ vĩ độ 23o23’ Bắc đến 8o27’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường
độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí
Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ
(Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm,
khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số
ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng 300 ngày/năm.
Bảng 2.1: Giá trị trung bình cường độ bức xạ bức xạ ngày trong năm và số giờ nắng của
một số khu vực khác nhau ở Việt Nam. [12]
TT

Cường độ BXMT

Khu vực

(kWh/m²/ngày)

Số giờ nắng trung bình
(giờ/năm)

1

Đông Bắc Bộ

3,3 – 4,1

1500 - 1800

2

Tây Bắc Bộ

4,1 – 4,9

1890 – 2102

3

Bắc Trung Bộ

4,6 – 5,2

1700 – 2000

4

Nam Trung Bộ- Tây Nguyên

4,9 – 5,7

2000 – 2600

5

Nam Bộ

4,3 – 4,9

2200 – 2500

Trung bình cả nước

4,6

2000

2.3 Các phương thức khai thác nguồn năng lượng mặt trời
Tại thời điểm hiện nay, đã có nhiều phương thức khai thác nguồn năng lượng mặt
trời, chuyển đổi, khai thác năng lượng mặt trời sang các dạng năng lượng khác nhau.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời đến nay gồm bốn phương thức cơ bản:


Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng.



Chuyển đổi năng lượng mặt trời trực tiếp thành điện năng.



Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hóa năng



Chuyển đổi năng lượng mặt trời qua hiệu ứng quang hợp.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

8


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Tùy theo phương thức chuyển đổi mà các thiết bị năng lượng mặt trời (NLMT) đã ra
đời. Các thiết bị này chủ yếu ứng dụng sử dụng năng lượng mặt trời tập trung vào phương
thức chuyển hóa năng lượng mặt trời thành nhiệt năng và điện năng.
2.3.1 Khai thác trực tiếp năng lượng mặt trời ở dạng nhiệt năng
Ứng dụng đơn giản nhất tận dụng năng lượng mặt trời để cấp nhiệt đốt nóng, khai
thác năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng.
Nguyên lý của hoạt động của bếp mặt trời rất đơn giản, sử dụng mặt cầu parabol để
tập trung ánh sáng mặt trời tại tiêu điểm, vật dụng đun nấu được đặt ngay tại tiêu điểm đó.
Ưu điểm của kiểu khai thác này là đơn giản , không tốn chi phí vận hành, hiệu suất cao do
nhận nhiệt năng trực tiếp từ Mặt Trời.

Hình 2-5: Bếp năng lượng mặt trời [1]
Một sản phẩm khác được áp dụng rộng rãi và phổ biến hơn là bồn nước nóng năng
lượng mặt trời, với cơ chế ống dẫn đối lưu được chế tạo phức tạp hơn bếp năng lương mặt
trời.

Hình 2-6: Hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời [13].
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

9


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Ngoài ra NLMT còn được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác như thiết bị điều hòa,
làm lạnh không khí, động cơ bơm nước, bếp nấu v.v…
2.3.2 Khai thác năng lượng mặt trời chuyển hóa thành điện năng
Đây là một kiểu khai thác năng lượng mặt trời phổ biến bậc nhất hiện nay. Pin mặt
trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin
mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là
trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất
nhanh, nhất là ở các nước phát triển.
Ngày nay con người đã ứng dụng pin NLMT để thay thế dần nguồn năng lượng
truyền thống.

Hình 2-7: Trường ĐHBK Đà Nẵng lắp dàn pin mặt trời tại khu A
Điện năng còn có thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng
một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động
cho tua bin máy phát điện.

Hình 2-8: Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời [1]
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

10


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

2.4 Trình hình khai thác NLMT trong lĩnh vực điện năng
2.4.1 Tiềm năng khai thác
Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch và có khả năng tái tạo vô tận.
Tính sẵn có của nguồn năng lượng này lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu năng lượng trong
tương lai có thể dự báo được. Theo tính toán của các nhà khoa học, chỉ cần thu được 10%
năng lượng mặt trời trên toàn bộ bề mặt trái đất có thể cung cấp 20TW (20.000.000 MW),
lớn gấp 10.417 công suất thiết kế của nhà máy thủy điện Hòa Bình và bằng khoảng hai lần
năng lượng hóa thạch có được trên thế giới. Lượng năng lượng mặt trời trên Trái Đất thu
được trong 72 giờ tương đương với nguồn năng lượng thu được từ tất cả các mỏ than, dầu
và khí thiên nhiên trên khắp thế giới.
Bảng thống kê sau về sự tăng trưởng sản lượng điện mặt trời toàn cầu hằng năm
cho thấy sự phát triển nguồn điện này nhanh nhất trong nhóm các nguồn điện tái tạo.

Hình 2-9: Biểu đồ tổng công suất lắp đặt nhà máy điện PV toàn thế giới và phân bố công
suất riêng năm 2015 [21]
Riêng năm 2015 trên toàn thế giới có thêm 50 GW được đầu tư xây dựng và đưa
vào sử dụng, nâng tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới lên đến 227 GW.
Theo định luật Swanson: giá điện mặt trời sẽ giảm 20% mỗi khi tăng gấp đôi sản
lượng. Và theo định luật này, người ta đã kiểm chứng được cứ 10 năm giá điện mặt trời sẽ
giảm xuống một nửa. Với tốc độ này, suất đầu tư điện mặt trời ngày càng giảm mạnh, tạo
nên sự hấp dẫn lớn đối với các nhà đầu tư hiện nay.
2.4.2 Tình hình khai thác NLMT thành điện năng
Trong các năm gần đây, các công nghệ Năng lượng tái tạo (NLTT), trong đó có các
công nghệ NLMT có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

11


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Lý do của xu hướng trên là:
1. Công nghệ ngày càng hoàn thiện, dẫn đến giá NLTT ngày càng giảm sâu;
2. Vấn đề an ninh năng lượng. NLTT là nguồn năng lượng (NL) địa phương, không
phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, và do đó không phụ thuộc vào các biến đổi chính
trị và các tác động khác;
3. Các nguồn NL hóa thạch đã dần cạn kiệt, trong lúc nhu cầu NL không ngừng gia
tăng;
4. Ô nhiễm môi trường do khai thác sử dụng NL hóa thạch đã đến mức báo động, dẫn
đến các hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc cắt giảm phát thải, sử dụng các
nguồn NL sạch - các nguồn NLTT, vì vậy trở nên cấp bách và càng ngày càng có
tính nghĩa vụ đối với các quốc gia.
2.4.2.1 Trên thế giới
Dưới đây là phân bố công suất lắp đặt nhà máy điện PV toàn cầu từ năm 2005 đến
2015:

Hình 2-10: Biểu đồ phân bố công suất lắp đặt nhà máy điện PV toàn cầu từ năm 2005
đến 2015[23]
Riêng ở châu Á, Trung Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ là các nước có tốc độ tăng trưởng
đầu tư lắp đặt nhà máy điện PV nhiều nhất năm 2015.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

12


Giải pháp nâng cao hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Hình 2-11: Biểu đồ tổng giá trị đầu tư toàn cầu cho năng lượng tái tạo toàn cầu, trong
đó có điện mặt trời tính đến năm 2017 [24]
Như vậy, tăng trưởng về đầu tư cho NLMT đối với các nước phát triển (+12%) là
con số rất ấn tượng, tạo niềm tin cho các nhà đầu tư về lĩnh vực này đối với các nước bắt
đầu phát triển điện mặt trời như Việt Nam.
Theo thống kê mới nhất của REN21 năm 2016 (Renewable 2016 Global Status Report),
giá PV loại đa tinh thể (Poly c-Si) xuống mức từ 0,53÷0,63 USD/Wp tùy thuộc vào nguồn
gốc, xuất sứ và quy mô lắp đặt. Đồng thời, với sự tối ưu công nghệ, quy trình lắp đặt xây
dựng và các chi phí phần mềm khác đã kéo giá thành sản xuất điện năng quy dẫn (LCOE)
của điện mặt trời giảm mạnh.

Hình 2-12: LCOE cho giá thành điện PV thế giới năm 2016[23]
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải

Hướng dẫn: TS. Lê Đình Dương, KS. Nguyễn Quốc Tuyến

13